Resumen de Estados de la materia

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El segmento horizontal BC de la línea (a 0 °C) corresponde a la entalpía de fusión, y el segmento horizontal DE (a 100 °C) corresponde a la entalpía de evaporación. La temperatura permanece constante durante la fase de transición debido a que la energía que se adiciona se usa para compensar las fuerzas de atracción entre las moléculas, y no aumentar su energía cinética promedio.

Temperatura y Presión Críticas

Los gases se pueden licuar por compresión a una temperatura adecuada. Sin embargo, al elevarse la temperatura los gases son más difíciles de licuar debido al incremento de la energía cinética de sus moléculas. Para cada sustancia hay una temperatura sobre la cual el gas no se puede licuar, no importa la presión que se le aplique. La temperatura más alta a la que una sustancia puede existir como un líquido se denomina temperatura critica.

La presión critica es la presión requerida para obtener la licuefacción a esta temperatura cuanto mayor sean las fuerzas de atracción intermoleculares un gas se licuara más fácilmente y así más elevada será la temperatura critica de la sustancia.

Hemos visto que las moléculas pueden escapar de la superficie de un líquido hacia la fase gaseosa por evaporación. Suponga que, en un experimento, colocamos alcohol etílico (etanol) en un recipiente cerrado al vacio. El etanol comienza rápidamente a evaporarse. Como resultado, por el vapor en el espacio por encima del liquido empieza a aumentar después de poco tiempo, la presión del vapor alcanza un valor constante, llamado precien del vapor de la sustancia.

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Ilustración del equilibrio de la presión de vapor sobre etanol líquido. En a), no hay moléculas de etanol en la fase gaseosa. En b), la velocidad a la cual las moléculas de etanol dejan la superficie es igual a la velocidad a las cual las moléculas de gas pasan a la fase líquida. Así, la velocidad de condensación y la de evaporación son iguales. Esto produce una presión de vapor estable que no cambia con el tiempo, mientras la temperatura permanezca constante.

Explicación de la presión de vapor a nivel molecular

Las moléculas de un líquido se mueven a diferentes velocidades. Se muestra la distribución de la energía cinética de las partículas en la superficie de un líquido a determinada temperatura.

El movimiento de moléculas de la fase líquida a la fase gaseosa sucede continuamente. No obstante, a medida que aumenta la cantidad de moléculas en la fase gaseosa, aumenta la probabilidad que una molécula choque con la superficie del líquido y se adhiera a ella. Eventualmente la cantidad de moléculas que regresan a líquido iguala exactamente en la que escapa de él. Entonces el número de moléculas en la fase gaseosa alcanza un valor uniforme, y la presión de vapor, en esta etapa se hace constante.

La condición en la cual dos procesos opuestos se efectúan simultáneamente a velocidades iguales se denomina equilibrio dinámico. Un líquido y su vapor están en equilibrio cuando la evaporación y la condensación se efectúan a velocidades iguales. Un observador puede llegar a la conclusión de que nada ocurre durante un equilibrio, porque no hay cambio en el sistema. Sin embargo, un gran número de moléculas pasa continuamente del estado líquido al gaseoso y dl estado gaseoso al líquido. Todo equilibrio entre estados diferentes de la materia posee este carácter dinámico la presión de vapor de un líquido es la presión ejercida por su vapor cuando el estado líquido y gaseoso están en equilibrio dinámico.

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Distribución de la energía cinética de las moléculas de la superficie de un líquido hipotético, comparadas con la energía cinética mínima necesaria para escapar de la superficie. Esta energía cinética mínima depende de la magnitud de las fuerzas de atracción entre las moléculas. La fracción de moléculas que tienen suficiente energía cinética para escapar de líquido se indica con el área sombreada.

Volatilidad, presión de vapor y temperatura

Cuando s efectúa la evaporación en un recipiente abierto, como el agua que se evapora de una taza, el vapor se dispersa alejándose del líquido. Muy poco se recaptura en la superficie del líquido. Nunca se llega el equilibrio y el vapor continúa formándose hasta que el líquido se evapora totalmente.

Las sustancias con presión de vapor elevada (como la gasolina) se evaporan más rápidamente que las sustancias con presión de vapor bajas (como el aceite para motores). Se dice que los líquidos que se evaporan fácilmente son volátiles.

El agua caliente se evapora con mayor rapidez que el agua fría, porque la presión de vapor aumenta con la temperatura. A medida que la temperatura de un líquido se incrementa, las moléculas se mueven con mayor energía y por consiguiente pueden escapar más fácilmente de sus vecinas.

Presión de vapor y punto de ebullición

Un líquido hierve cuando su presión de vapor iguala a la presión externa que actúa sobre la superficie del líquido. En este punto las burbujas de vapor se forman en el interior de líquido la temperatura de ebullición se incrementa al aumentar la presión externa. El punto de ebullición de un líquido a 1 atm de presión se llama punto de ebullición normal.

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Presión de vapor de 4 líquidos comunes mostradas como función de la temperatura. La temperatura a la cual la presión de vapor es 760 mm Hg, es el punto de ebullición normal de cada líquido.

El efecto de la presión sobre el punto de ebullición explica también porque se requiere más tiempo para cocinar los alimentos a mayores altitudes que al nivel del mar. A mayor altitud la ´presión atmosférica es más baja, de modo que el agua hierve a menor temperatura.

DIAGRAMA DE FASES

El equilibrio entre un líquido y su vapor no es el único equilibrio dinámico que puede existir entre estados de la materia. Bajo condiciones apropiadas de temperatura y presión, un sólido puede estar en equilibrio con su estado líquido o incluso con su estado de vapor. Un diagrama de fases es una forma grafica de resumir las condiciones bajo las cuales se da un equilibrio entre estados diferentes de la materia. También nos permiten predecir la fase de una sustancia que es estable a cualquier temperatura y presión.

El diagrama contiene 3 curvas